儲能領域新的挑戰者,全固態電池入場
2020-12-01 騰訊網隨著科學技術的逐漸進步，人們對能源存儲與轉化的要求逐漸提高，傳統鋰離子電池已經不能滿足人們對於電池儲能的高要求，於是新的挑戰者——全固態電池入場。
全固態電池的優勢
傳統的鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等部分組成，而全固態電池顧名思義就是電池裡沒有氣體、液體，所有材料都以固態形式存在，用固體電解質來代替現有鋰離子電池中使用的液體成分。使用固態電解質後，全固態電池相比於一般鋰離子電池，可以實現更輕的質量、更小的體積，能量密度也有較大提升。
（1）與商用鋰離子電池相比，全固態電池最突出的優點是安全性。固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，因而全固態電池具有固有安全性和更長的使用壽命。
（2）固態電池有望獲得更高的能量密度。能量密度是比容量和電池電壓的乘積。固態電解質比有機電解液普遍具有更寬的電化學窗口，有利於進一步拓寬電池的電壓範圍。在發展大容量電極方面，固態電解質能阻止鋰枝晶生長，因而也就從根本上避免了電池的短路現象，使金屬鋰用作負極成為可能。對於鋰—硫電池，固態電解質可阻止多硫化物的遷移。對於鋰—空氣電池，固態電解質可以防止氧氣遷移至負極側消耗金屬鋰負極。
（3）固態電池有望獲得更高的功率密度。固態電解質以鋰離子作為單一載流子，不存在濃差極化，因而可工作在大電流條件，提高電池的功率密度。
（4）固態材料內在的高低溫穩定性，為全固態電池工作在更寬的溫度範圍提供了基本保證。
（5）固態電池還具有結構緊湊、規模可調、涉及彈性大等特點。固態電池既可以設計成厚度僅幾微米的薄膜電池，用於驅動微型電子器件，也可以製成宏觀體型電池，用於驅動電動車、電網儲能等領域，並且在這些應用中，電池的形狀也可根據具體需求進行設計。
固態電解質材料
對於全固態鋰電池，特別是能適應於未來電動汽車、大規模儲能應用的體型電池，採用的固態電解質應滿足以下要求。
（1）具有高的室溫導電率（>10-4S/cm）。
（2）電子絕緣（Li+遷移數近似為1）。
（3）電化學窗口寬（相對於Li+/Li大於6V）。
（4）與電極材料相容性好。
（5）熱穩定性好、耐潮溼環境、機械性能優良。
（6）原料易得，成本較低，合成方法簡單。
固態電池投資熱潮已至
固態電池的出現，給予電動車發展更多可能，對於這樣一個可以在性能和安全上實現更好平衡的電池新技術，各國政府及企業也給予了相關重視。
日本：日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）於2018年對外宣布，該國部分企業及學術機構將在未來5年內聯合研發下一代電動車全固態鋰電池，力爭早日應用於新能源產業。該項目預計總投資100億日元，豐田、本田、日產、松下等23家汽車、電池和材料企業，以及京都大學、日本理化研究所等15家學術機構將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態電池相關技術。
韓國：韓國三大蓄電池廠商LG化學、三星SDI和SK創新於2018年11月對外宣布，聯手開發核心電池技術，將成立一個規模1000億韓元的基金，計劃在固態電池、鋰金屬電池和鋰硫電池領域進行研發，來打造下一代電池產業生態系統。現代汽車也已組建固態電池研發團隊，並投資了Ionic Materials公司，進行固態電池研發工作。
德國：德國總理默克爾2018年11月曾宣布，計劃撥發10億歐元用於支持德國的一家電池生產商，同時也將資助一家電池研發機構開發下一代固態電池。德國政府的這一舉措旨在減少德國車企對於中日韓電池供應商的依賴。而作為德系領頭羊的大眾和寶馬公司也在加速發展固態電池。
美國：美國能源部曾宣布將2019財年的獎勵金提供給用於「先進技術研究」的車企們，通用和福特都拿到了大筆研究資金。據悉，美國政府共向通用汽車投入910萬美元，其中200萬美元明確表示與固態電池的研發有關。
中國：中國在固態電池領域的研究也已起步，由中科院寧波材料技術與工程研究所牽頭承擔的納米先導專項「全固態電池」課題已經通過驗收；寧德時代在聚合物固態鋰金屬電池和硫化物基固態電池方面分別開展了相關研發；比亞迪也在積極推進固態電池項目的商用；蔚來與輝能科技就固態電池包的生產展開合作。此外還有大批科技公司及新材料公司正在進行固態電池的研發。
由此可見，全固態電池已經成為動力電池市場的下一個風口。雖然與傳統鋰離子電池相比，全固態電池有其技術優勢，但我們也必須看到，這一新技術還存在著諸多問題，如無法實現快充、成本偏高、工藝複雜等。而且，全固態電池存在著不同技術路線，那種技術路線將率先實現市場化值得期待。
參考資料：
朱敏慧. 全固態電池，動力電池市場的下一個風口？
李君，王青貴等. 固態電池電解質研究近況.
任耀宇. 全固態鋰電池研究進展.
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...儲能|負極|固態電池|全固態電池|高禾投資研究中心|正極材料|鋰...
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